Современная прикладная криптография (стр. 2 )

Середина IX в. до н. э. Именно в это время, как сообщает Плутарх, использовалось шифрующее устройство - скиталь, которое реализовывало так называемый шифр перестановки. При шифровании слова писались на узкую ленту, намотанную на цилиндр, вдоль образующей этого цилиндра (скиталя). После написания лента разматывалась, и на ней оставались переставленные буквы открытого текста. Неизвестным параметром - ключом - в данном случае служил диаметр этого цилиндра. Известен и метод дешифрования такого шифртекста, предложенный Аристотелем, который наматывал ленту на конус, и то место, где появлялось читаемое слово или его часть, определяло неизвестный диаметр цилиндра.

56 г. н. э. Во время войны с галлами Ю. Цезарь использует другую разновидность шифра - шифр замены. Под алфавитом открытого текста писался тот же алфавит со сдвигом (у Цезаря на три позиции) по циклу. При шифровании буквы открытого текста из верхнего алфавита заменялись на буквы нижнего алфавита. Хотя этот шифр был известен до Ю. Цезаря, тем не менее, шифр был назван его именем.

Другим более сложным шифром замены является греческий шифр - ” квадрат Полибия ”. Алфавит записывается в виде квадратной таблицы 5х5. При шифровании буквы открытого текста заменялись на пару чисел - номера столбца и строки этой буквы в таблице. При произвольном расписывании алфавита по таблице и шифровании такой таблицей короткого сообщения, этот шифр является стойким даже по современным понятиям. Идея была реализована в более сложных шифрах, применявшихся во время первой мировой войны.

	1	2	3	4	5
1	A	B	C	D	T
2	F	G	H	I, J	K
3	L	M	N	O	P
4	Q	R	S	T	U
5	V	W	X	Y	Z

Квадрат Полибия для английского языка.

Крах Римской империи в V в. н. э. сопровождался закатом искусства и наук, в том числе и криптографии. Церковь в те времена преследовала тайнопись, которую она считала чернокнижием и колдовством. Сокрытие мыслей за шифрами не позволяло церкви контролировать эти мысли.

Р. Бэкон (1214-1294) - францисканский монах и философ - описал семь систем секретного письма. Большинство шифров в те времена применялись для закрытия научных записей.

Середина XV в. И. Гутенберг изобрел книгопечатание. Это привело к росту грамотности и увеличению число людей, которые могли вести переписку. Развиваются межгосударственные отношения, тайнопись становится крайне необходимой.

Вторая половина XV в. Леон Баттиста Альберти. Архитектор и математик. Работал в Ватикане. Автор книги о шифрах, где описал шифр замены, на основе двух концентрических кругов, по периферии которых были нанесены на одном круге - алфавит открытого текста, а на другом - алфавит шифрованного текста. Важно, что шифралфавит был не последовательным и мог быть смещен на любое количество шагов. Именно Альберти впервые применял для дешифрования свойство неравномерности встречаемости различных букв в языке. Также он впервые предложил для повышения стойкости применять повторное шифрование с помощью разных шифрсистем. К перешифрованию надо относиться критически, так как в некоторых случаях оно не приводит к повышению стойкости.

Интересен факт, что король Франции Франциск I в 1546 году издал указ, запрещающий подданным использование шифров. Хотя шифры того времени были исключительно простыми, они считались нераскрываемыми. В настоящее время в разных странах существуют ограничения на использование шифров.

Франсуа Виет (1540-1630) - французский математик. Всем известна со школьной скамьи теорема его имени. Он же был искусным дешифровальщиком или криптоаналитиком, находясь при дворе короля Генриха IV.

Иоганн Тритемий (1462-1516). Монах-бенедиктинец, живший в Германии. Написал один из первых учебников по криптографии. Предложил оригинальный шифр многозначной замены под названием "Ave Maria". Каждая буква открытого текста имела не одну замену, а несколько, по выбору шифровальщика. Причем буквы заменялись буквами или словами так, что получался некоторый псевдооткрытый текст, тем самым скрывался сам факт передачи секретного сообщения. То есть применялась стеганография вместе с криптографической защитой. Разновидность шифра многозначной замены применяется до сих пор.

Джироламо Кардано - итальянский математик, механик, врач, изобрел систему шифрования, так называемую решетку Кардано. В куске картона с размеченной решеткой определенным образцом прорезались отверстия, нумерованные в произвольном порядке. Чтобы получить шифртекст, нужно положить этот кусок картона на бумагу и начинать вписывать в отверстия буквы в выбранном порядке. После снятия картона промежутки бессмысленного набора букв дописывались до псевдоосмысловых фраз, так что можно было скрыть факт передачи секретного сообщения. Скрытие легко достигается, если промежутки эти большие, и если слова открытого текста имеют небольшую длину. Неудобство шифра в том, что кусок картона надо хранить в тайне.

XVI в. Шифры замены получили развитие в работах итальянца Джованни Батиста Порты и француза Блеза де Вижинера. Рассмотрим систему шифрования последнего подробно в виду ее важности для дальнейшего изложения.

Система Вижинера требует для зашифрования ключ – в виде ключевого слова, которое подписывается сверху над открытым текстом периодически. Каждая буква открытого текста заменяется на букву, стоящую в алфавите далее ее (по циклу) на число позиций, определяемое номером в алфавите стоящей сверху буквы ключевого слова (минус 1). Для сравнения заметим, что в "шифре Цезаря" это ключевое слово состоит из одной буквы, стоящей на третьем месте в алфавите. Для удобства пользования изготовлялась легко запоминающаяся таблица.

Буквы ключевого слова

		A	B	C	D	. . . . .	X	Y	Z
A		A	B	C	D	. . . . .	X	Y	Z
B		B	C	D	E	. . . . .	Y	Z	A
C		C	D	E	G	. . . . .	Z	A	B
. . .		. . .	. . .	. . .	. . .		. . .	. . .	. . .
X		X	Y	Z	A	. . . . .	U	V	W
Y		Y	Z	A	B	. . . . .	V	W	X
Z		Z	A	B	C	. . . . .	W	X	Y

Буквы открытого текста A, B, C, …, Z.

Таблица Вижинера относительно английского алфавита.

Легко видеть, что буквы алфавита открытого текста заменяются на буквы алфавита шифртекста одним из 26 способов, в зависимости от букв ключевого слова. Периодичность выбора этих способов является слабостью метода. Поэтому Вижинер предложил в качестве текущей ключевой буквы брать последнюю букву шифртекста (первые несколько букв надо оговаривать заранее). Однако при такой модернизации допущенная ошибка распространяется на весь последующий текст.

XVII в. Кардинал Ришелье (министр при короле Франции Людовике XIII) создал первую в мире шифрслужбу. Эту службу возглавлял Антуан Россиньоль (1590-1673).

Лорд Френсис Бэкон (1562-1626) был первым, кто обозначил буквы 5-значным двоичным кодом : а = 00001. B = 00010, .. и т. д. Правда, Бэкон никак не обрабатывал этот код, поэтому такое закрытие было совсем нестойким. Тут уместно вспомнить коды Морзе, Бодо, международный телеграфный код № 2, код ascii, также представляющие собой простую замену.

В этом же веке были изобретены так называемые словарные шифры. При шифровании буквы открытого текста обозначались двумя числами - номером строки и номером буквы в строке на определенной странице какой-нибудь выбранной распространенной книги. Эта система является довольно стойкой, но книга может попасть в руки противника.

В конце XVIII в. в переписке французской метрополии с колониями стали применяться в основном трехзначные коды на несколько сот кодвеличин. Обычно при шифровании пользуются кодкнигой. где для удобства все кодвеличины стоят в алфавитном порядке. Если при кодировании нужного слова не окажется среди кодвеличин, то оно кодируется побуквенно. Код имеет только один ключ - долговременный - содержание кодкниги. Главный недостаток такого шифрования - ограниченная стойкость, особенно при длительной и интенсивной переписке. Криптоаналитики противника обычно предполагают состав кодвеличин, а кодобозначения они могут узнать из перехвата шифрпереписки. Остается только правильно привязать их друг к другу. Для этого анализируются действия применяющего коды, сопоставляются даты, названия населенных пунктов, имен и т. п., чтобы строить гипотезы о соответствии.

К. Гаусс (1777-185S) - великий математик, тоже не обошел своим вниманием криптологию. Он создал шифр, который ошибочно считал нераскрываемым. При его создании использовался интересный прием - рандомизация (random - случайный) открытого текста. Открытый текст можно преобразовать в другой текст, содержащий символы большего алфавита, путем замены часто встречающихся букв случайными символами из соответствующих определенных им групп. В получающемся тексте все символы большого алфавита встречаются с примерно одинаковой частотой. Зашифрование такого текста противостоит методам дешифрования на основе анализа частот отдельных символов. После расшифрования законный получатель легко снимает рандомизацию. Такие шифры называют "шифрами с многократной подстановкой" или "равночастотными шифрами".